ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

МЕМБРАННЫЙ КАТАЛИЗ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


МЕМБРАННЫЙ КАТАЛИЗ, основан на избират. переносе через катализатор, как через мембрану, одного из в-в, участвующих в р-ции. Мембраной (мембранным катализатором) может служить сам катализатор или к.-л. материал с нанесенным на него каталитически активным в-вом.

В М.к. используют монолитные мембранные катализаторы, состоящие из металла или его сплава и не имеющие сквозных пор, а также пористые и композиционные катализаторы. Монолитные мембранные катализаторы (ММК) обычно представляют собой металлич. фольгу или тонкостенную трубку. Для р-ций с участием Н2 ММК служат Pd и его сплавы, с участием O2-Ag. При этом водород или кислород, пропускаемые с одной стороны ММК, проникают через катализатор в атомарной форме, активной для присоединения к молекулам, адсорбированным на противоположной пов-сти катализатора. В результате этого увеличивается общая скорость р-ций, возрастает селективность катализатора в р-циях образования продуктов неполного гидрирования или окисления. Напр., на ММК из Pd-сплава селективно происходит гидрирование циклопентадиена в циклопентен (выход 98%), а на катализаторах из Ag-окисление спиртов в альдегиды. Высокая селективность р-ции обусловлена также тем, что степень заполнения пов-сти катализатора субстратом не зависит от степени заполнения ее газом, поступающим через катализатор. При дегидрировании и дегидроциклизации удаление из зоны р-ции образующегося Н2, благодаря его диффузии через мембрану, подавляет обратные и побочные процессы. Так, на ММК из сплава Pd (15%) и Rh (85%) 1,2-циклогександиол дегидриру-ется в пирокатехин с выходом 95% без образования, в отличие от р-ции на обычном катализаторе, побочного продукта - фенола.

На ММК возможен также М.к. с переносом водорода и азота в виде атомов через мембрану из Fe; на противоположной пов-сти они соединяются в молекулы NH3, концентрация к-рых намного превосходит равновесную для р-ции молекулярных Н2 и N2 в тех же условиях.

П о р и с т ы е мембранные катализаторы (ПМК) обычно представляют собой пористые пластины или трубки, у к-рых поверхностный слой или весь объем каталитически активен. В отличие от монолитных катализаторов, они не обеспечивают подведения атомарного реагента в зону р-ции, но позволяют подавать большие кол-ва газообразного реагента или более равномерно распределять его в жидком. Так, ПМК используют при гидрировании хлопкового масла, ожижении угольной пасты и др. Положит. особенности монолитных и пористых катализаторов сочетаются при создании композиционных мембранных катализаторов (КМК). Они обычно состоят из пористого, механически прочного листа каталитически неактивного в-ва и тонкой, но сплошной пленки активного в-ва. Для формирования последней может потребоваться промежут. непористый слой, и тогда катализатор становится трехслойным, как, напр., металлокерамич. лист, покрытый слоем термостойкого и газопроницаемого полимера с нанесенным на него слоем Pd или его сплава (толщиной до 10 мкм). КМК содержат гораздо меньше металла на единицу пов-сти, чем монолитные, более устойчивы, проницаемы для Н2 при более низких т-рах, что позволяет гидрировать термически нестойкие в-ва.

Преимущество М.к. перед обычным обусловлено также избират. переносом энергии, необходимой для р-ции. Если р-ция на одной из пов-стей катализатора сопровождается уменьшением энергии Гиббса системы, то на др. пов-сти становится возможной р-ция с возрастанием энергии Гиббса. Кроме того, перенос тепла, к-рое выделяется при экзотермич. присоединении Н2, протекающем на одной пов-сти катализатора, облегчает проведение на др. его стороне сопряженной эндотермич. р-ции дегидрирования без сложных теплообменных устройств. Так, сопряжение дегидрирования нафтенов или олефинов с гидродеалкилирова-нием гомологов бензола на ММК повышает скорости обеих р-ций и выходы целевых продуктов по сравнению с теми, к-рые наблюдаются при раздельном их осуществлении. При дегидрировании изопропанола, сопряженном с гидрирова-нием циклопентадиена на ММК из сплава Pd-Ru, на др. сторону мембраны переносится в 2,5 раза больше Н2, чем при проведении отдельной р-ции дегидрирования.

М.к. дает возможность перейти к непрерывным, малостадийным процессам при произ-ве хим. реактивов, душистых в-в, лек. препаратов и др. продуктов высокой чистоты. При этом устраняются потери драгоценных металлов из катализаторов, уменьшается число технол. операций и кол-во отходов, отпадает необходимость в реакторах высокого давления. Для гидрирования вместо дорогого электролитич. водорода м. б. использованы газы хим. и нефтеперерабатывающей пром-сти, богатые водородом.

По механизму М.к. происходят важнейшие процессы метаболизма на ферментах, закрепленных в биомембранах с избират. проницаемостью.


===
Исп. литература для статьи «МЕМБРАННЫЙ КАТАЛИЗ»:
Грязное В.М., "Докл. АН СССР", 1969, т. 189, №4, с. 794-96; Грязное В. М., Смирнов В. С., "Успехи химии", 1974, т. 43, в. 10, с. 1716-38; Металлы и сплавы как мембранные катализаторы, М., 1981; Грязное В.М., в кн.: Физическая химия. Современные проблемы, М., 1982, с. 96-133; его же, в кн.: Благородные металлы, М., 1984, с. 491-505; Мембранные катализаторы, проницаемые для водорода и кислорода, М., 1985; Gryaznov V. М., "Z. Phys. Chem. Neue Folge", 1986, Bd 147, S. 123-132. В. М. Грязнов.

Страница «МЕМБРАННЫЙ КАТАЛИЗ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков